JP3550216B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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JP3550216B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃エンジンの排気ガス浄化装置に関し、特に電気加熱式の触媒を有するものに関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃エンジンの排気ガスの浄化を行う触媒は、エンジンの冷間始動時においては活性化するまでに時間を要するため、電気的に加熱してその活性化を早めるようにした電気加熱式触媒が従来より知られている。
【0003】
この電気加熱式触媒の通電制御手法として、検出したエンジン温度等に応じて通電時間を設定し、該設定した通電時間に亘ってバッテリから電力を供給することにより、所望の触媒温度が得られるようにしたものが従来より知られている(特開平4−279718号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般に触媒は経時変化によりその特性が劣化すると、触媒を活性化させるのに必要な温度が上昇する傾向があり、触媒の経時変化に対応して目標温度を変更して、通電制御を行う必要がある。
【0005】
しかしながら上記従来の制御手法は、バッテリを電源とした通電時間のみの制御であるため、最近の熱容量の小さな触媒の制御に適用する場合には以下のような問題があった。すなわち、比較的熱容量の大きな触媒については、通電時間のみの制御でも触媒温度を目標温度に制御可能であるが、熱容量が小さくなると急激に触媒温度が上昇するため、通電時間のみの制御では目標温度に正確に制御することが困難となり、触媒が新品の状態では温度が上昇しすぎて触媒の耐久性能を悪化させたり、触媒担体の機械的な破壊を招くおそれがあった。一方、このような新品の状態での問題をなくそうとすると、特性劣化時には昇温が遅すぎて、エンジンの始動直後における排気ガス特性の悪化を招くという問題が発生する。
【0006】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、電気加熱式触媒の経時変化に対応して触媒の温度を正確に制御し、新品の状態での過度の昇温及び特性劣化時における排気ガス特性の悪化を防止することができる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、内燃エンジンにより駆動され、電力を発電するオルタネータと、該オルタネータの発電電圧を制御するレギュレータ手段と、前記エンジンの排気系に設けられ、前記オルタネータにより発電された電力により電気的に加熱される電気加熱式触媒と、前記電気加熱式触媒の経時変化状態を検出する経時変化状態検出手段と、該経時変化状態検出手段の出力に応じて発電電圧を決定し、該決定された発電電圧を前記オルタネータから前記電気加熱式触媒に供給させるべく前記レギュレータ手段を制御するレギュレータ制御手段とを備えることを特徴とする内燃エンジンの排気ガス浄化装置を提供するものである。
【0008】
また、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、前記レギュレータ制御手段は、検出したエンジン運転状態に応じて前記発電電圧を決定ることが望ましい。
【0009】
また、前記レギュレータ制御手段は、さらに前記発電電圧前記電気加熱式触媒に供給されるべき時間を前記検出したエンジン運転状態に応じて決定し、該決定された時間に亘って、前記決定された発電電圧を前記オルタネータから前記電気加熱式触媒に供給させるべく前記レギュレータ手段を制御することが望ましい。
【0010】
【作用】
請求項1の排気ガス浄化装置によれば、オルタネータから電気加熱式触媒に電力が供給され、検出した電気加熱式触媒の経時変化状態に応じてオルタネータの発電電圧が制御される。
【0011】
請求項2の排気ガス浄化装置によれば、検出したエンジン運転状態に応じてオルタネータの発電電圧が制御される。
【0012】
請求項3の排気ガス浄化装置によれば、さらに電気加熱式触媒に電力を供給する時間が検出したエンジン運転状態に応じて制御される。
【0013】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0014】
図1は本発明の一実施例に係る内燃エンジン及びその制御装置の全体の構成図であり、エンジン1の吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)センサ4が連結されており、当該スロットル弁3の開度に応じた電気信号を出力してECU5に供給する。
【0015】
燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁3との間且つ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子コントロールユニット(以下「ECU」という)5に電気的に接続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の開弁時間が制御される。
【0016】
一方、スロットル弁3の直ぐ下流には管7を介して吸気管内絶対圧(PBA)センサ8が設けられており、この絶対圧センサ8により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ECU5に供給される。また、その下流には吸気温(TA)センサ9が取付けられており、吸気温TAを検出して対応する電気信号を出力してECU5に供給する。
【0017】
エンジン1の本体に装着されたエンジン水温(TW)センサ10はサーミスタ等から成り、エンジン水温(冷却水温)TWを検出して対応する温度信号を出力してECU5に供給する。
【0018】
エンジン1の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数(NE)センサ11及び気筒判別(CYL)センサ12が取り付けられている。エンジン回転数センサ11は、エンジン1の各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角180゜毎に)TDC信号パルスを出力し、気筒判別センサ12は、特定の気筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはECU5に供給される。
【0019】
エンジン1の排気管13には、上流側から順に上流側酸素濃度センサ(以下「上流側O2センサ」という)20F、電気加熱式触媒(以下「EHC」という)16、スタート触媒17、三元触媒18及び下流側酸素濃度センサ(以下「下流側O2センサ」という)20Rが配置されている。O2センサ20F,20Rは、排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出信号をECU5に供給し、触媒16、17、18は排気ガス中のHC,CO,NOx等の成分の浄化を行う。ここで、スタート触媒17は、主としてエンジン始動直後における排気ガス浄化のために設けられた小型の触媒である。
【0020】
排気管13には、さらにEHC16の上流側に2次空気を供給する通路14が接続されており、通路14の途中には空気ポンプ15が設けられている。
【0021】
EHC16及び空気ポンプ15は、ECU5に接続されており、その作動がECU5により制御される。また、三元触媒18にはその温度TCATを検出する触媒温度センサ19が設けられており、その検出信号がECU5に供給される。
【0022】
また、エンジン1によって駆動されるオルタネータ21は、レギュレータ22を介してECU5に接続されており、その発電電圧がECU5により制御される。
【0023】
ECU5は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路5a、中央演算処理回路(以下「CPU」という)5b、CPU5bで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段5c、前記燃料噴射弁6、空気ポンプ15、EHC16、レギュレータ22等の制御信号を出力する出力回路5d等から構成される。
【0024】
CPU5bは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、燃料噴射弁6の開弁時間TOUTを下記式により算出するとともに、後述するようにEHC16の通電時間TON及び供給電圧VEHCの演算処理等を行い、その演算結果に応じた制御信号を出力する。
【0025】
TOUT=TI×KO2×K1+K2 …(1)
ここに、TIは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数NEと吸気管内絶対圧PBAとに応じて決定される基本燃料噴射時間であり、このTI値を決定するためのTIマップが記憶手段5cに記憶されている。
【0026】
KO2は、O2センサ16,17の出力に基づいて算出される空燃比補正係数であり、空燃比フィードバック制御中は上流側O2センサ16によって検出された空燃比(酸素濃度)が目標空燃比に一致するように設定され、オープンループ制御中はエンジン運転状態に応じた所定値に設定される。
【0027】
K1及びK2は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数及び補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図られるような値に設定される。
【0028】
図2は、ECU5、オルタネータ21、レギュレータ22、EHC16のヒータ抵抗24、空気ポンプ15のモータ27及びバッテリ29の接続状態を示す回路図である。なお、本実施例のEHC16は、触媒自体に通電してヒータとしても機能するようにしており、その抵抗分をヒータ抵抗24として表している。
【0029】
同図において、オルタネータ21の出力側は、切換スイッチ23の端子23aに接続されており、切換スイッチ23の端子23cはヒータ抵抗24の一端に接続されている。ヒータ抵抗24の他端は接地されており、その接続線31の途中にヒータ電流IEHCを検出するEHC電流センサ25が設けられている。
【0030】
切換スイッチ23の端子23bは、バッテリ29の正電極及びオンオフスイッチ26の端子26aに接続されており、端子26bはモータ27の一端に接続されている。モータ27の他端は接地されており、その接続線33の途中にポンプ電流IAPを検出するポンプ電流センサ28が設けられている。
【0031】
バッテリ29の負電極は接地されており、また正電極はECU5に接続されている。
【0032】
スイッチ23、26は、ECU5に接続されており、ECU5からの制御信号により切換可能に構成されている。通常はスイッチ23は、図2に示すように端子23a及び23bが接続された状態とされ、スイッチ26はオフ状態とされ、エンジン始動直後において必要に応じて切換制御される。また、接続線30、32は、EUC5に接続されており、ECU5はEHC電圧VEHC及びポンプ電圧VAPの検出を行う。また、電流センサ25、28もECU5に接続されており、これらの検出信号がECU5に供給される。これらの電流センサ25、28は、断線等の異常を検出するために設けられている。
【0033】
図3は、ヒータ抵抗24への電力供給制御を行う処理のフローチャートである。
【0034】
ステップS1では、前条件が成立しているか否か(イグニッションスイッチがオンされたか否か)を判別し、不成立のときは直ちに本処理を終了する。前条件が成立したときは(イグニッションスイッチがオンされたときは)、エンジン水温TW及び吸気温TAの検出値を読み込む(ステップS2)。次いで、TW値及びTA値に応じて設定されたTONマップ及びVEHCマップを検索し、ヒータ抵抗24の通電時間(EHCオン時間)TON及びEHC16への供給電圧VEHCを決定する(ステップS3)。
【0035】
TONマップは、図4に示すように、吸気温TAが上昇するほど、またエンジン水温TWが上昇するほど、TON値が減少する傾向に設定されている。なお、所定温度TAH,TWH以上は、通電しないので、TONは0とされる。また、VEHCマップは、図5(a),(b)に示すように、吸気温TAが上昇するほどまたエンジン水温TWが上昇するほど、VEHC値が低下する傾向に設定されている。したがって、EHC16への供給電力は、図5(c)に示すように制御される。なお、VEHC値は例えば冷間始動時には30V程度に設定する。これにより、バッテリから電力を供給する場合に比べて供給電流を約1/2に低下させることができる。
【0036】
続くステップS4では、後述する手法によって検出される触媒の劣化度合を表すパラメータである判定時間TCHKに応じて図6(a)に示すKDGテーブルを検索し、経時変化補正係数KDGを算出する。判定時間TCHKは触媒が劣化し酸素蓄積能力が低下するほど減少するパラメータであり、TCHK値が減少するほどKDG値が増加するように設定されている。
【0037】
なお、経時変化補正係数KDGは、同図(b)に示すように当該エンジン1が搭載された車両の走行距離MLGに応じて設定されたテーブルを用いて算出したり、同図(c)に示すようにEHC16の通電回数NONに応じて設定されたテーブルを用いて算出してもよい。同図(b),(c)に示すKDGテーブルは、それぞれ走行距離MLG又は通電回数NONが増加するほど、KDG値が増加するように設定されている。なお本実施例では、KDG値の最大値は1.0としている。
【0038】
次いで、ステップS3で決定したEHC電圧VEHCに経時変化補正係数KDGを乗算することにより、VEHC値の補正を行う(ステップS5)。これにより、VEHC値は触媒が新品の状態では最も小さな値に設定され、触媒の劣化が進むほど増加するように設定されるので、EHC16の経時変化に対応して触媒の温度を正確に制御し、新品の状態での過度の昇温及び特性劣化時における排気ガス特性の悪化を防止することができる。
【0039】
続くステップS6では、エンジン回転数NEが完爆判定用の所定回転数NEK(例えば400rpm)以上か否かを判別し、NE<NEKであるときは、直ちに本処理を終了する一方、NE≧NEKであるときは、切換スイッチ23を端子23c側に切り換えるとともにオルタネータ出力電圧VALTがステップS5で補正したVEHC値となるように制御して、EHC16に電力を供給する(ステップS7)。そして、通電時間TON経過後にオルタネータ出力電圧VALTを通常の出力電圧VCHG(例えば14.5V)まで低下させるとともに、切換スイッチ23を端子23b側に切り換える(ステップS8)。
【0040】
なお、図3のステップS1における前条件は、イグニッションスイッチがオンされかつエンジン水温Tw及び/又は触媒温度TCATが所定温度以下のとき、成立するとしてもよい。
【0041】
図7は、本実施例における制御動作例のタイミングチャートであり、時刻t0にイグニッションスイッチがオンされると(同図(a))、ECU5はレギュレータ制御電圧VCを通常運転時用の所定電圧VC1に設定し、発電モード1とする(同図(f)(h))。時刻t0から時間TD(例えばキー回しに要する時間(0.1秒程度))経過後の時刻t1にスタータがオンされると、エンジンの回転が開始され(同図(b)(c))、エンジン回転数NEの上昇に伴ってオルタネータ出力電圧VALTがバッテリ充電電圧VCHGまで上昇する(同図(g))。
【0042】
エンジン回転数NEが完爆判定用所定回転数NEKに達すると(時刻t2)、ECU5は完爆と判定し(同図(c)(d))、スイッチ23を端子23b側から23c側に切り換える切換制御信号をが出力する(同図(e))。このときスイッチ23の切り換えに要する時間(制御信号の出力から実際に切換が完了するまでの時間、例えば0.25秒程度)ΔTを考慮して、時刻t2からΔT経過後の時刻t3にレギュレータ制御電圧VCを、オルタネータ出力電圧VALTが図3のステップS5で補正したVEHC値となるようなEHC制御電圧VC2に設定し、発電モード2に移行する(同図(f)(h))。これにより、オルタネータ出力電圧VALTはVEHC値まで上昇し(同図(g))、EHC16の温度が上昇を開始する(同図(i))。ここで、EHC制御電圧VC2は、検出した供給電圧(図2の接続線30の電圧)が、前記決定したVEHC値に一致するようにフィードバック制御される。
【0043】
そして図3のステップS3で決定した時間TON後の時刻t4にレギュレータ制御電圧VCをVC1値に戻して発電モード1に戻る(同図(f)(h))。これによりオルタネータ出力電圧VALTは、通常のバッテリ充電電圧VCHGとなる(同図(g))。ECU5は、時刻t4から時間ΔT経過後の時刻t5にスイッチ23を端子23c側から23b側に切り換える制御信号を出力し、エンジン始動時の制御を終了する(同図(e))。
【0044】
なお、本実施例では、空気ポンプのモータ27は、EHC16をオン作動させるのと同じタイミングで作動させるようにしている。
【0045】
触媒の劣化度合を表すパラメータである判定時間TCHKの算出は、図9に示すように下流側O2センサ16の出力RVO2のみに基づいて空燃比補正係数KO2を算出するフィードバック制御実行中に、KO2値を減少方向にスキップさせるためのスペシャルP項PLSPが発生してからO2センサ出力RVO2が反転するまでの時間TL及びKO2値を増加方向にスキップさせるためのスペシャルP項PRSPが発生してからO2センサ出力RVO2が反転するまでの時間TRを計測し、これらの時間TL,TRに基づいて行われる。
【0046】
図8は、この算出を行うプログラムのフローチャートであり、同図のステップS21では劣化度合の算出を行うべき前条件が成立しているか否かを判別する。この前条件はエンジン回転数NE、吸気管内絶圧PBA等のエンジン運転パラメータが所定範囲内にあり、エンジン運転状態が定常的な状態にあるとき成立する。
【0047】
前条件が成立しないときにはステップS22に進み、時間TL,TRの積算値TLSUM,TRSUM及びTL値、TR値の計測回数nTL,nTRを値0にリセットし、通常の燃料制御を行う(ステップS23)。通常燃料制御では、空燃比フィードバック制御中はO2センサ16,17の出力に基づくフィードバック制御により補正係数KO2を算出する一方、オープンループ制御中はエンジン運転状態に応じた所定値に設定する。
【0048】
前条件が成立するときにはステップS24に進み、TL値、TR値の計測を所定回数行ったか否かを判別し、最初はこの答が否定(NO)となるので、ステップS25に進み、下流側O2センサ出力RVO2のみに基づくPI(比例積分)制御を行うとともに、TL値及びTR値の計測を行って、それらの値の積算値TLSUM,TRSUMを算出する(ステップS25,S26)。
【0049】
具体的には、図9に示すように、下流側O2センサ出力RVO2のリーンリッチ反転時点t1から所定時間tLD経過した時刻t2において、リーン方向のスペシャルP項PLSPにより、KO2値を減少方向にスキップさせ、その後、センサ出力RVO2のリッチリーン反転時点t3から所定時間tRD経過する時刻t4までKO2値を漸減させるI項制御を行う。そしてこのとき時刻t2から時刻t3までの時間をTL値(TL1)として計測する。次に時刻t4においてリッチ方向のスペシャルP項PRSPにより、KO2値を増加方向にスキップさせ、その後センサ出力RVO2のリーンリッチ反転時点t5から所定時間tLD経過する時刻t6までKO2値を漸増させるI項制御を行う。そして、このとき時刻t4から時刻t5までの時間をTR値(TR1)として計測する。以後、同様にして順次TL2,TR2,…を計測し、それらの計測値の積算値としてTLSUM,TRSUMを算出する。
【0050】
ステップS24の答が肯定(YES)、即ち、所定回数計測が完了すると、下記式により判定時間TCHKを算出する(ステップS27)。
【0051】
TCHK=(TLSUM/nTL+TRSUM/nTR)/2
その後は前記ステップS23と同様に通常燃料制御を行う(ステップS28)。
【0052】
ここで、時間TLとTRの平均値であるTCHKは、触媒の浄化率(CAT浄化率)と図10に示すような関係があり、触媒の浄化率が低下してくると、TCHK値が減少する。従って、図10において浄化率が低下するのに伴ってTCHK値が減少する範囲では、TCHK値が触媒の劣化度合(浄化率の低下度合)を表わすことになる。なお、触媒の浄化率は、触媒の酸素蓄積能力に依存しており、判定時間TCHKの減少はO2ストレージ能力の低下を意味する。この手法により、触媒の劣化度合を正確に把握することができる。
【0053】
なお、上述した実施例ではEHC16へ供給する電圧及び通電時間を、ともにエンジン水温TW及び吸気温TAに応じて設定するようにしたが、通電時間は一定としてもよい。また、エンジン水温TW又は吸気温TAのいずれか一方に代えて、触媒温度センサ19によって検出される触媒温度TCATを用いて、電圧VECH及び通電時間TONを設定するようにしてもよい。あるいは、エンジン水温TW、吸気温TA又は触媒温度TCATのいずれか1つ又は2つに応じて、電圧VECH及び通電時間TONを設定するようにしてもよい。さらに、触媒温度TCATに代えて、排気ガス温度等の排気系の温度を代表するパラメータを用いてもよい。
【0054】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、オルタネータから電気加熱式触媒に電力が供給され、検出した電気加熱式触媒の経時変化状態に応じてオルタネータの発電電圧が制御されるので、電気加熱式触媒の経時変化に対応して触媒の温度を正確に制御し、新品の状態での過度の昇温及び特性劣化時における排気ガス特性の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる内燃エンジン及びその制御装置の構成を示す図である。
【図2】電気加熱式触媒のヒータ抵抗等の接続状態を示す回路図である。
【図3】電気加熱式触媒に供給する電圧及び通電時間を制御する処理のフローチャートである。
【図4】図3の処理で使用するテーブルを示す図である。
【図5】図3の処理で使用するテーブル等を示す図である。
【図6】図3の処理で使用するテーブルを示す図である。
【図7】本実施例における制御動作例のタイミングチャートである。
【図8】触媒の劣化度合を表すパラメータを算出する処理のフローチャートである。
【図9】触媒の劣化度合を表わすパラメータの算出手法を説明するための図である。
【図10】触媒による浄化率と劣化度合を表わすパラメータとの関係を示す図である。
【符号の説明】
1 内燃エンジン
5 電子コントロールユニット
9 吸気温センサ
10 エンジン水温センサ
16 電気加熱式触媒
18 三元触媒
20F,20R 酸素濃度センサ
21 オルタネータ
22 レギュレータ
23 切換スイッチ
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an apparatus having an electrically heated catalyst.
[0002]
[Prior art]
Since a catalyst that purifies the exhaust gas of an internal combustion engine requires time to activate during cold start of the engine, an electrically heated catalyst that is electrically heated to accelerate the activation has been used. More known.
[0003]
As an energization control method for the electrically heated catalyst, an energization time is set in accordance with the detected engine temperature and the like, and power is supplied from the battery over the set energization time so that a desired catalyst temperature can be obtained. The above-mentioned method is conventionally known (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-279718).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In general, when the characteristics of a catalyst deteriorate due to aging, the temperature required to activate the catalyst tends to increase.Therefore, it is necessary to change the target temperature in accordance with the aging of the catalyst and perform energization control. is there.
[0005]
However, since the above-mentioned conventional control method controls only the energization time using a battery as a power source, there are the following problems when applied to recent control of a catalyst having a small heat capacity. That is, for a catalyst having a relatively large heat capacity, the catalyst temperature can be controlled to the target temperature by controlling only the energizing time. However, when the heat capacity becomes small, the catalyst temperature rises rapidly. However, when the catalyst is new, the temperature is too high, and the durability of the catalyst may be deteriorated, or the catalyst carrier may be mechanically broken. On the other hand, if it is attempted to eliminate such a problem in the state of a new product, there is a problem that the temperature rise is too slow at the time of characteristic deterioration, which causes deterioration of exhaust gas characteristics immediately after starting the engine.
[0006]
The present invention has been made in view of this point, and accurately controls the temperature of the catalyst in response to the time-dependent change of the electrically heated catalyst, so that excessive exhaust temperature in a new state and exhaust in the case of characteristic deterioration are caused. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying device capable of preventing deterioration of gas characteristics.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an alternator driven by an internal combustion engine to generate electric power, a regulator means for controlling a generated voltage of the alternator, and an exhaust system of the engine, the electric power being generated by the alternator. An electrically heated catalyst electrically heated by electric power, a time-varying state detecting means for detecting a time-varying state of the electric heating catalyst , and a power generation voltage determined according to an output of the time-varying state detecting means ; A regulator control means for controlling the regulator means so as to supply the determined power generation voltage from the alternator to the electrically heated catalyst is provided.
[0008]
Further, with the operating condition detecting means for detecting an operating condition of the engine, said regulator control means includes a Turkey to determine the generator voltage in accordance with the engine operating state of the detection is desirable.
[0009]
Further, the regulator control means further determines a time at which the generated voltage is to be supplied to the electrically heated catalyst according to the detected engine operating state , and the determined time is determined over the determined time. It is desirable to control the regulator means to supply the generated voltage from the alternator to the electrically heated catalyst .
[0010]
[Action]
According to the exhaust gas purifying device of the first aspect, electric power is supplied from the alternator to the electric heating type catalyst, and the power generation voltage of the alternator is controlled according to the detected time-dependent change state of the electric heating type catalyst .
[0011]
According to the exhaust gas purifying device of the second aspect, the power generation voltage of the alternator is controlled according to the detected engine operating state.
[0012]
According to the exhaust gas purifying device of the third aspect, the time for supplying electric power to the electrically heated catalyst is further controlled in accordance with the detected engine operating state.
[0013]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine and a control device therefor according to one embodiment of the present invention. A throttle valve 3 is arranged in the intake pipe 2 of the engine 1. A throttle valve opening (θTH) sensor 4 is connected to the throttle valve 3, and outputs an electric signal corresponding to the opening of the throttle valve 3 to supply the electric signal to the ECU 5.
[0015]
The fuel injection valve 6 is provided for each cylinder between the engine 1 and the throttle valve 3 and slightly upstream of the intake valve (not shown) of the intake pipe 2, and each injection valve is connected to a fuel pump (not shown). At the same time, it is electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 5, and the opening time of the fuel injection valve 6 is controlled by a signal from the ECU 5.
[0016]
On the other hand, immediately downstream of the throttle valve 3, an intake pipe absolute pressure (PBA) sensor 8 is provided via a pipe 7, and the absolute pressure signal converted into an electric signal by the absolute pressure sensor 8 is supplied to the ECU 5. Is done. Further, an intake air temperature (TA) sensor 9 is attached downstream thereof, detects the intake air temperature TA, outputs a corresponding electric signal, and supplies the electric signal to the ECU 5.
[0017]
The engine water temperature (TW) sensor 10 mounted on the main body of the engine 1 is composed of a thermistor or the like, detects the engine water temperature (cooling water temperature) TW, outputs a corresponding temperature signal, and supplies it to the ECU 5.
[0018]
An engine speed (NE) sensor 11 and a cylinder discrimination (CYL) sensor 12 are mounted around a camshaft or a crankshaft (not shown) of the engine 1. The engine speed sensor 11 outputs a TDC signal pulse at a crank angle position before a predetermined crank angle with respect to the top dead center (TDC) at the start of the intake stroke of each cylinder of the engine 1 (every 180 degrees of crank angle in a four-cylinder engine). The cylinder discrimination sensor 12 outputs a cylinder discrimination signal pulse at a predetermined crank angle position of a specific cylinder, and these signal pulses are supplied to the ECU 5.
[0019]
In the exhaust pipe 13 of the engine 1, an upstream oxygen concentration sensor (hereinafter, referred to as an "upstream O2 sensor") 20F, an electrically heated catalyst (hereinafter, referred to as "EHC") 16, a start catalyst 17, and a three-way catalyst are arranged in this order from the upstream side. 18 and a downstream oxygen concentration sensor (hereinafter referred to as “downstream O2 sensor”) 20R. The O2 sensors 20F and 20R detect the oxygen concentration in the exhaust gas, supply the detection signal to the ECU 5, and the catalysts 16, 17, and 18 purify components such as HC, CO, and NOx in the exhaust gas. Here, the start catalyst 17 is a small catalyst provided mainly for purifying exhaust gas immediately after the start of the engine.
[0020]
The exhaust pipe 13 is further connected to a passage 14 for supplying secondary air upstream of the EHC 16, and an air pump 15 is provided in the passage 14.
[0021]
The EHC 16 and the air pump 15 are connected to the ECU 5, and their operations are controlled by the ECU 5. Further, the three-way catalyst 18 is provided with a catalyst temperature sensor 19 for detecting the temperature TCAT, and a detection signal is supplied to the ECU 5.
[0022]
The alternator 21 driven by the engine 1 is connected to the ECU 5 via a regulator 22, and the generated voltage is controlled by the ECU 5.
[0023]
The ECU 5 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, and converts an analog signal value to a digital signal value. The input circuit 5a has a function of a central processing unit (hereinafter referred to as a “CPU”). 5b, a storage means 5c for storing various calculation programs executed by the CPU 5b and calculation results, and an output circuit 5d for outputting control signals for the fuel injection valve 6, the air pump 15, the EHC 16, the regulator 22, and the like. Is done.
[0024]
The CPU 5b calculates the valve opening time TOUT of the fuel injection valve 6 based on the above-mentioned various engine parameter signals by the following equation, and also performs the processing of calculating the energization time TON of the EHC 16 and the supply voltage VEHC as described later. It outputs a control signal according to the calculation result.
[0025]
TOUT = TI × KO2 × K1 + K2 (1)
Here, TI is a basic fuel amount, specifically, a basic fuel injection time determined according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA. A TI map for determining the TI value is stored in the storage means. 5c.
[0026]
KO2 is an air-fuel ratio correction coefficient calculated based on the outputs of the O2 sensors 16 and 17, and the air-fuel ratio (oxygen concentration) detected by the upstream O2 sensor 16 matches the target air-fuel ratio during the air-fuel ratio feedback control. During the open loop control, and is set to a predetermined value according to the engine operating state.
[0027]
K1 and K2 are other correction coefficients and correction variables calculated according to various engine parameter signals, respectively, and are values for optimizing various characteristics such as fuel consumption characteristics and engine acceleration characteristics according to the engine operating state. Is set to
[0028]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a connection state of the ECU 5, the alternator 21, the regulator 22, the heater resistor 24 of the EHC 16, the motor 27 of the air pump 15, and the battery 29. Note that the EHC 16 of this embodiment is configured to function as a heater by energizing the catalyst itself, and the resistance is represented as a heater resistance 24.
[0029]
In the figure, the output side of the alternator 21 is connected to the terminal 23a of the changeover switch 23, and the terminal 23c of the changeover switch 23 is connected to one end of the heater resistor 24. The other end of the heater resistor 24 is grounded, and an EHC current sensor 25 for detecting a heater current IEHC is provided in the middle of the connection line 31.
[0030]
The terminal 23 b of the changeover switch 23 is connected to the positive electrode of the battery 29 and the terminal 26 a of the on / off switch 26, and the terminal 26 b is connected to one end of the motor 27. The other end of the motor 27 is grounded, and a pump current sensor 28 for detecting a pump current IAP is provided in the middle of the connection line 33.
[0031]
The negative electrode of the battery 29 is grounded, and the positive electrode is connected to the ECU 5.
[0032]
The switches 23 and 26 are connected to the ECU 5 and are configured to be switchable by a control signal from the ECU 5. Normally, the switch 23 is in a state where the terminals 23a and 23b are connected as shown in FIG. 2, and the switch 26 is turned off, and the switching is controlled as needed immediately after the engine is started. The connection lines 30 and 32 are connected to the EUC 5, and the ECU 5 detects the EHC voltage VEHC and the pump voltage VAP. Further, the current sensors 25 and 28 are also connected to the ECU 5, and their detection signals are supplied to the ECU 5. These current sensors 25 and 28 are provided for detecting abnormalities such as disconnection.
[0033]
FIG. 3 is a flowchart of a process for performing power supply control to the heater resistor 24.
[0034]
In step S1, it is determined whether or not the precondition is satisfied (whether or not the ignition switch is turned on), and if not, the process is immediately terminated. When the precondition is satisfied (when the ignition switch is turned on), the detected values of the engine water temperature TW and the intake air temperature TA are read (step S2). Next, the TON map and the VEHC map set according to the TW value and the TA value are searched, and the energizing time (EHC on time) TON of the heater resistor 24 and the supply voltage VEHC to the EHC 16 are determined (step S3).
[0035]
As shown in FIG. 4, the TON map is set such that the TON value decreases as the intake air temperature TA increases and as the engine coolant temperature TW increases. It is to be noted that TON is set to 0 since power is not supplied above the predetermined temperatures TAH and TWH. 5A and 5B, the VEHC map is set such that the VEHC value tends to decrease as the intake air temperature TA increases and as the engine coolant temperature TW increases. Therefore, the power supplied to the EHC 16 is controlled as shown in FIG. The VEHC value is set to, for example, about 30 V during a cold start. As a result, the supply current can be reduced to about 比 べ compared to the case where power is supplied from the battery.
[0036]
In the following step S4, a KDG table shown in FIG. 6A is searched according to a determination time TCHK which is a parameter indicating the degree of deterioration of the catalyst detected by a method described later, and a time-dependent change correction coefficient KDG is calculated. The determination time TCHK is a parameter that decreases as the catalyst deteriorates and the oxygen storage capacity decreases, and is set such that the KDG value increases as the TCHK value decreases.
[0037]
The time-dependent change correction coefficient KDG is calculated using a table set according to the traveling distance MLG of the vehicle on which the engine 1 is mounted, as shown in FIG. As shown, the calculation may be performed using a table set according to the number NON of energizations of the EHC 16. The KDG tables shown in FIGS. 7B and 7C are set so that the KDG value increases as the traveling distance MLG or the number of energizations NON increases. In this embodiment, the maximum value of the KDG value is set to 1.0.
[0038]
Next, the VEHC value is corrected by multiplying the EHC voltage VEHC determined in step S3 by the aging correction coefficient KDG (step S5). As a result, the VEHC value is set to the smallest value when the catalyst is new, and is set so as to increase as the catalyst deteriorates. Therefore, the temperature of the catalyst is accurately controlled in accordance with the aging of the EHC 16. In addition, it is possible to prevent the exhaust gas characteristics from being deteriorated when the temperature is excessively increased and the characteristics are deteriorated in a new state.
[0039]
In a succeeding step S6, it is determined whether or not the engine speed NE is equal to or higher than a predetermined engine speed NEK (for example, 400 rpm) for judging complete explosion. If NE <NEK, this process is immediately terminated, while NE ≧ NEK. If so, the changeover switch 23 is switched to the terminal 23c side, and the alternator output voltage VALT is controlled to be the VEHC value corrected in step S5 to supply power to the EHC 16 (step S7). Then, after the passage of the power-on time TON, the alternator output voltage VALT is reduced to the normal output voltage VCHG (for example, 14.5 V), and the switch 23 is switched to the terminal 23b (step S8).
[0040]
Note that the precondition in step S1 in FIG. 3 may be satisfied when the ignition switch is turned on and the engine coolant temperature Tw and / or the catalyst temperature TCAT are equal to or lower than a predetermined temperature.
[0041]
FIG. 7 is a timing chart of a control operation example according to the present embodiment. When the ignition switch is turned on at time t0 (FIG. 7A), the ECU 5 changes the regulator control voltage VC to a predetermined voltage VC1 for normal operation. And the power generation mode 1 is set ((f) and (h) in the same figure). When the starter is turned on at time t1 after a lapse of time TD (for example, the time required for turning the key (about 0.1 second)) from time t0, the rotation of the engine is started ((b) and (c) in FIG. 4). As the engine speed NE increases, the alternator output voltage VALT increases to the battery charging voltage VCHG ((g) in the figure).
[0042]
When the engine speed NE reaches the predetermined number of revolutions NEK for complete explosion determination (time t2), the ECU 5 determines that the explosion is complete ((c) and (d) in FIG. 5), and switches the switch 23 from the terminal 23b to the 23c. A switching control signal is output (FIG. 4E). At this time, considering the time required for switching the switch 23 (the time from the output of the control signal to the actual completion of the switching, for example, about 0.25 seconds) ΔT, the regulator control is performed at time t3 after ΔT has elapsed from time t2. The voltage VC is set to the EHC control voltage VC2 such that the alternator output voltage VALT becomes the VEHC value corrected in step S5 in FIG. 3, and the mode shifts to the power generation mode 2 (FIGS. (F) and (h)). As a result, the alternator output voltage VALT rises to the VEHC value ((g) in the figure), and the temperature of the EHC 16 starts to rise ((i) in the figure). Here, the EHC control voltage VC2 is feedback-controlled so that the detected supply voltage (the voltage of the connection line 30 in FIG. 2) matches the determined VEHC value.
[0043]
Then, at time t4 after the time TON determined in step S3 of FIG. 3, the regulator control voltage VC is returned to the VC1 value and the operation returns to the power generation mode 1 (FIGS. (F) and (h)). As a result, the alternator output voltage VALT becomes the normal battery charging voltage VCHG ((g) in the figure). The ECU 5 outputs a control signal for switching the switch 23 from the terminal 23c side to the 23b side at a time t5 after a lapse of time ΔT from the time t4, and ends the control at the time of starting the engine ((e) in the figure).
[0044]
In this embodiment, the air pump motor 27 is operated at the same timing as when the EHC 16 is turned on.
[0045]
The determination time TCHK, which is a parameter indicating the degree of deterioration of the catalyst, is calculated during feedback control for calculating the air-fuel ratio correction coefficient KO2 based only on the output RVO2 of the downstream O2 sensor 16, as shown in FIG. O2 sensor after the generation of the special P-term PRSP for skipping the TL and KO2 values in the increasing direction from the occurrence of the special P-term PLSP for skipping in the decreasing direction to the inversion of the O2 sensor output RVO2 The time TR until the output RVO2 is inverted is measured, and the measurement is performed based on these times TL and TR.
[0046]
FIG. 8 is a flowchart of a program for performing this calculation. In step S21 in FIG. 8, it is determined whether or not a precondition for calculating the degree of deterioration is satisfied. This precondition is satisfied when engine operating parameters such as the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA are within a predetermined range, and the engine operating state is in a steady state.
[0047]
When the precondition is not satisfied, the process proceeds to step S22, in which the integrated values TLSUM and TRSUM of the times TL and TR and the number of times nTL and nTR of measuring the TL value and the TR value are reset to 0, and normal fuel control is performed (step S23). . In the normal fuel control, the correction coefficient KO2 is calculated by feedback control based on the outputs of the O2 sensors 16 and 17 during the air-fuel ratio feedback control, while it is set to a predetermined value according to the engine operating state during the open loop control.
[0048]
When the precondition is satisfied, the process proceeds to step S24, in which it is determined whether the measurement of the TL value and the TR value has been performed a predetermined number of times. Since the answer is initially negative (NO), the process proceeds to step S25, and the downstream O2 In addition to performing PI (proportional integration) control based only on the sensor output RVO2, the TL value and the TR value are measured, and integrated values TLSUM and TRSUM of those values are calculated (steps S25 and S26).
[0049]
Specifically, as shown in FIG. 9, at a time t2 when a predetermined time tLD has elapsed from the lean-rich inversion time t1 of the downstream O2 sensor output RVO2, the KO2 value is skipped in the decreasing direction by the special P-term PLSP in the lean direction. Then, I-term control is performed to gradually reduce the KO2 value from the rich lean inversion point t3 of the sensor output RVO2 to a time point t4 at which a predetermined time tRD elapses. At this time, the time from time t2 to time t3 is measured as a TL value (TL1). Next, at time t4, the KO2 value is skipped in the increasing direction by the special P-term PRSP in the rich direction, and thereafter, the KO2 value is gradually increased from the lean-rich inversion time t5 of the sensor output RVO2 to a time t6 at which a predetermined time tLD has elapsed. I do. Then, the time from time t4 to time t5 is measured as a TR value (TR1). Thereafter, TL2, TR2,... Are sequentially measured in the same manner, and TLSUM and TRSUM are calculated as integrated values of the measured values.
[0050]
When the answer to step S24 is affirmative (YES), that is, when the measurement of the predetermined number of times is completed, the determination time TCHK is calculated by the following equation (step S27).
[0051]
TCHK = (TLSUM / nTL + TRSUM / nTR) / 2
Thereafter, normal fuel control is performed in the same manner as in step S23 (step S28).
[0052]
Here, TCHK, which is the average value of the times TL and TR, has a relationship as shown in FIG. 10 with the purification rate of the catalyst (CAT purification rate), and as the purification rate of the catalyst decreases, the TCHK value decreases. I do. Therefore, in FIG. 10, in the range where the TCHK value decreases as the purification rate decreases, the TCHK value indicates the degree of deterioration of the catalyst (the degree of reduction of the purification rate). Note that the purification rate of the catalyst depends on the oxygen storage capacity of the catalyst, and a decrease in the determination time TCHK means a decrease in the O2 storage capacity. By this method, the degree of deterioration of the catalyst can be accurately grasped.
[0053]
In the above-described embodiment, the voltage supplied to the EHC 16 and the energizing time are both set according to the engine coolant temperature TW and the intake air temperature TA, but the energizing time may be constant. Further, the voltage VECH and the energization time TON may be set using the catalyst temperature TCAT detected by the catalyst temperature sensor 19 instead of either the engine water temperature TW or the intake air temperature TA. Alternatively, the voltage VECH and the energization time TON may be set according to one or two of the engine water temperature TW, the intake air temperature TA, and the catalyst temperature TCAT. Further, instead of the catalyst temperature TCAT, a parameter representing the temperature of the exhaust system such as the exhaust gas temperature may be used.
[0054]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, electric power is supplied from the alternator to the electrically heated catalyst, and the generated voltage of the alternator is controlled according to the detected time-dependent change state of the electrically heated catalyst. It is possible to accurately control the temperature of the catalyst in accordance with the change with time of the catalyst, and to prevent an excessive rise in temperature in a new state and deterioration of exhaust gas characteristics at the time of characteristic deterioration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and a control device thereof according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a connection state of a heater resistance and the like of an electrically heated catalyst.
FIG. 3 is a flowchart of a process for controlling a voltage supplied to an electrically heated catalyst and an energizing time.
FIG. 4 is a diagram showing a table used in the processing of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a table and the like used in the processing of FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram showing a table used in the processing of FIG. 3;
FIG. 7 is a timing chart of a control operation example in the present embodiment.
FIG. 8 is a flowchart of a process for calculating a parameter indicating a degree of deterioration of a catalyst.
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of calculating a parameter indicating a degree of deterioration of a catalyst.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a purification rate by a catalyst and a parameter representing a degree of deterioration.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 5 Electronic control unit 9 Intake temperature sensor 10 Engine water temperature sensor 16 Electric heating type catalyst 18 Three-way catalyst 20F, 20R Oxygen concentration sensor 21 Alternator 22 Regulator 23 Changeover switch

Claims (3)

内燃エンジンにより駆動され、電力を発電するオルタネータと、
該オルタネータの発電電圧を制御するレギュレータ手段と、
前記エンジンの排気系に設けられ、前記オルタネータにより発電された電力により電気的に加熱される電気加熱式触媒と、
前記電気加熱式触媒の経時変化状態を検出する経時変化状態検出手段と、
該経時変化状態検出手段の出力に応じて発電電圧を決定し、該決定された発電電圧を前記オルタネータから前記電気加熱式触媒に供給させるべく前記レギュレータ手段を制御するレギュレータ制御手段とを備えることを特徴とする内燃エンジンの排気ガス浄化装置。
An alternator driven by an internal combustion engine to generate electric power,
Regulator means for controlling the voltage generated by the alternator;
An electrically heated catalyst provided in an exhaust system of the engine and electrically heated by electric power generated by the alternator;
Time-varying state detecting means for detecting a time-varying state of the electrically heated catalyst ,
The generated voltage determined in accordance with the output of該経during changing state detecting means, further comprising a regulator control means for controlling the regulator means in order to be supplied to the electrically heated catalyst of the power generation voltage that is the determined from the alternator An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine.
前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、前記レギュレータ制御手段は、検出したエンジン運転状態に応じて前記発電電圧を決定することを特徴とする請求項1記載の内燃エンジンの排気ガス浄化装置。Comprising operating condition detecting means for detecting operating conditions of said engine, said regulator control means is an exhaust of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the determining the power voltage in accordance with the engine operating state of the detected Gas purification device. 前記レギュレータ制御手段は、さらに前記発電電圧前記電気加熱式触媒に供給されるべき時間を前記検出したエンジン運転状態に応じて決定し、該決定された時間に亘って、前記決定された発電電圧を前記オルタネータから前記電気加熱式触媒に供給させるべく前記レギュレータ手段を制御することを特徴とする請求項2記載の内燃エンジンの排気ガス浄化装置。The regulator control means further determines a time when the power generation voltage is to be supplied to the electrically heated catalyst in accordance with the detected engine operating state , and, over the determined time, the determined power generation voltage The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the regulator means is controlled so that the pressure is supplied from the alternator to the electrically heated catalyst .
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